Können biolumineszente "Milchmeere" vorhergesagt werden?

BURLINGTON, Vt. - Zum ersten Mal hat ein Forscher eine "milchige See" gefunden, ohne sich auf Zufälle zu verlassen.

Seit Jahrhunderten sind Segler von einem seltenen Phänomen fasziniert und verwirrt: das Leuchten des Wassers um ihr Schiff herum, soweit das Auge reicht. Wissenschaftler haben sich schwer damit getan, solche milchigen Meere zu untersuchen, weil sie keine Möglichkeit hatten zu wissen, wann und wo eines auftreten würde.

Jetzt aber, unter Verwendung von Wetter- und Meerestemperaturdaten, hat der Atmosphärenwissenschaftler Justin Hudson von der Colorado State University in Fort Collins erfolgreich das Auftreten des Phänomens vorhergesagt - oder genauer gesagt "nachhergesagt".

Basierend auf historischen Berichten über milchige Meere sowie Informationen über örtliche Bedingungen zu dieser Zeit entwickelte Hudson einen Algorithmus, der anzeigt, wann und wo die Ozeanbedingungen für milchige Meere günstig sind. Dieser Algorithmus führte ihn zu Satellitenbildern aus dem Jahr 2017 vom Indischen Ozean südlich der Insel Java, Indonesien.

Eine milchige See - eine niemals zuvor bemerkte - tauchte genau an der Stelle auf, wo sein Algorithmus es gesagt hatte, berichtete Hudson am 24. Juni auf einer Tagung der American Meteorological Society.

Wenn diese Methode weiterentwickelt wird, könnte es laut Hudson möglich sein, das Auftreten einer milchigen See vorherzusagen, sodass ein Forschungsschiff bessere Chancen hätte, ein solches zu besuchen. Eine genaue Untersuchung von milchigen Meeren - die durch das Blühen von Algen und lichtemittierenden Bakterien verursacht werden sollen - könnte dabei helfen zu erklären, wie genau sie entstehen und bestehen bleiben, so Hudson.

Milchige Meere wurden aus den meisten tropischen Gewässern auf der ganzen Welt berichtet. Basierend auf Berichten von Seeleuten aus den letzten zwei Jahrhunderten und Satellitenbildern seit 2012 schätzt Hudson, dass sie nur zwei bis drei Mal im Jahr auftreten, am häufigsten in der Arabischen See und südlich von Java. Aber das ist nur eine grobe Schätzung, so Hudson. Schiffe sind nicht immer in der Nähe, und Wettersatelliten können milchige Meere nur an mondhellen Nächten sehen.

Bisher wurde nur einmal eine milchige See von Wissenschaftlern untersucht. Im Jahr 1985 stieß ein Forschungsschiff der US Navy zufällig auf eine in der Arabischen See. Wasserproben aus dieser See enthielten hohe Konzentrationen einer Alge namens Phaeocystis und eines Bakteriums namens Vibrio harveyi. Wenn diese Bakterien in einem Labor in einem Kolben kultiviert werden, leuchten sie, wenn ihre Konzentration steigt.

Milchige Meere werden, so Hudson, vermutlich durch ozeanische Bedingungen verursacht, die einen "natürlichen Kolben" schaffen, ein Gewässer, in dem Temperatur und die Verfügbarkeit von Nährstoffen einen explosionsartigen Anstieg von Algen und der Bakterien ermöglichen, die die Algen als Substrat für ihr Wachstum nutzen. Das kann zu Dichten von mehr als 100 Millionen Mikroben pro Milliliter über eine Fläche führen, die manchmal 100.000 Quadratkilometer übersteigt. Normalerweise enthält das ozeanische Wasser nur etwa 10 dieser Bakterien pro Milliliter.

"Es gibt immer noch so viele Dinge, die wir über [eine milchige See] nicht wissen, außer dass sie durch Bakterien verursacht werden muss", sagt Steven Haddock, ein Meeresbiologe am Monterey Bay Aquarium Research Institute in Moss Landing, Kalifornien, der mit Hudson an der Erforschung von milchigen Meeren zusammenarbeitet. "Was sind die Substrate, die das Wachstum dieser massiven Bakterienzahlen fördern, und welche Umweltfaktoren verhindern, dass sie sich in das Wasserkolonne verdünnen?"

Um herauszufinden, wann eine milchige See am wahrscheinlichsten sein würde, sammelte Hudson Berichte über milchige Meere von 1960 bis 2023 südlich von Java. Er erwarb auch gleichzeitige Umweltdaten wie den Zustand der El Niño Southern Oscillation, die eine Erwärmung der Gewässer im Pazifik verursacht, aber auch den Luftdruck über Indonesien erhöht, und den Australischen Monsun, der jeden südlichen Sommer Regen in die Region bringt. Nachdem er den Zusammenhang zwischen diesen beiden Datensätzen hergestellt hatte, konnte ihn sein Algorithmus zu anderen möglichen früheren Vorfällen führen.

Die verwendete Methode, um in der Zeit nach einer milchigen See zu suchen, sollte laut Hudson auch mit prognostizierten Ozeanbedingungen funktionieren, obwohl diese unsicherer sind als aufgezeichnete. "Basierend auf dem, was ich derzeit habe und weiß, würde ich mich nicht wohl fühlen, eine Vorhersage für die Zukunft zu treffen, außer dass der Zeitraum zwischen Juni und Oktober etwas wahrscheinlicher oder unwahrscheinlicher sein könnte, eine milchige See zu haben." Er hofft, das System genug zu entwickeln, um Vorhersagen für einen bestimmten Monat zu treffen.

Solche Vorhersagen könnten noch genauer werden, wenn mehr darüber bekannt ist, wie die Bakterien und das umgebende Plankton interagieren, sagt Youri Timsit, ein Biologe am Mittelmeer-Institut für Ozeanografie in Marseille, Frankreich, der nicht an der Studie beteiligt war. "Alle diese Organismen könnten sich in sehr großem Maßstab auf der Meeresoberfläche vermehren, in einer kollektiven und sich gegenseitig verstärkenden Weise."

Ein weiterer wichtiger Faktor, so Timsit, könnte der Einfluss von nahe gelegenen Ländern sein, "wie etwa das Beimpfen von Meeresoberflächen durch Winde, die Sand oder Sedimente tragen. Diese Phänomene sind in Meeren in der Nähe von Wüsten, wie der Arabischen See, häufig."